24 V 30 A Steuern

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  • Sehr geehrtes Forum,

    ich lese seit einiger Zeit eifrig mit und habe auch die ersten Projekte via Suchen und Finden gemeistert. Mein aktuelles Projekt stellt mich jedoch vor einige Fragen, auf die ich im Forum widersprüchliche Antworten finde. Ich hoffe ihr könnt mir helfen.

    Anwendung: Ich möchte einen Motor für 30 Sekunden links herum und anschließend für 30 Sekunden wieder rechts herum drehen lassen. Als Dauerschleife

    Details: Der Code für die GPIOs ist bereits fertig und ich habe ihn auch mit LEDs testen können. Nun kommt der Teil des Anschließens vom Motor. Der Motor hat nur 2 Kabel, die, je nachdem wo man Plus und Minus anschließt, die Drehrichtung definieren. Ich müsste also über eine elektronische Schaltung plus und minus vertauschen können (Ich habe die Schaltung Skizziert beigefügt, die ich mir dazu vorstelle). Als Spannungsquelle habe ich ein 24V, 30A Netzteil (passend zum Motor) zur Verfügung sowie eine normale 230V Steckdose, in die ich den Raspberry einstöpseln würde.

    Meine Schaltung soll wie in beigefügter Zeichnung aufgebaut werden. Die Relais (4 Stück) möchte ich mit GPIO's schalten. Ich möchte vor dem Umschalten der Relais 1 und 2 das System Spannungsfrei schalten, um Kurzschlüsse zu vermeiden. Daher habe ich Relais 3 und 4 verbaut.

    Mein Problem liegt nun genau dazwischen. Ich lese in einigen Beiträgen davon, dass 2 Relais schon zu viel Strom für die GPIOs ziehen würden, also wird das mit meinen 4 Relais nicht klappen, richtig? Weiterhin lese ich, dass die GPIOs nur 3,3 V abgeben, die meisten Relaiskarten sind allerdings mit 5V angegeben. Auch da habe ich anscheinend ein Problem. Weiterhin benötige ich Relais, die 30 A abkönnen. Die Relais die ich bei Amazon gefunden habe können i.d.R. nur 10 A, oder bei 30A benötigen sie dann 12V?

    Über HIlfe für Lösung meiner Relaisproblematik würde ich mich sehr freuen und ich hoffe, keinen Thread in der Suche übersehen zu haben, der genau dieses Thema anspricht.

    Freundliche Grüße

    Markus

  • Schau mal hier... ich steuere auch Pumpen vor- und rückwärts damit:

    4zap
    3. Juli 2017 um 12:17

    Damit ist das Steuerungsproblem schonmal gelöst. Die Relaiskarten von Amazon halten zwar bis zu 10A aus, aber ehrlich gesagt würde ich mich das bei der Qualität nie trauen. Mehr als 2A schalte ich damit nicht. Die brennen doch runter. :D
    Bei 30A würd ich fast Richtung Schütz gehen oder Relais aus dem Autobau verwenden, die schalten doch auch 12V und bis 45 Ampere.... Denen würd ich mehr trauen als den China Relaiskarten.

  • Relaisbeispiele gibt es hier genug.
    GPIO -> Treiber ULN2803a z.B. KFZ-Relais für mehr als 30A optimal.
    Evtl magst du auch mal be SSR solid state relais oder photomos Relais schauen?
    Auch Motor(voll)brücken wären eine relaisfreie Möglichkeit zum umsteuern.

    lasst die PIs & ESPs am Leben !
    Energiesparen:
    Das Gehirn kann in Standby gehen. Abschalten spart aber noch mehr Energie, was immer mehr nutzen. Dieter Nuhr
    (ich kann leider nicht schneller fahren, vor mir fährt ein GTi)

  • Danke erstmal für eure blitzschnellen Antworten.

    In dem Gartenpumpenthread habe ich zumindest herausgefunden, dass ich mit der "Kurzschlussprävention" einen Denkfehler hatte - Ein Kurzschluss kann bei der Schaltung so ja gar nicht entstehen.

    Ich habe nun die Schaltung angepasst und zusätzlich mit dem ULN2803A ergänzt. Habe ich das so richtig verstanden? Die Relais müssten dann auch 24 V Steuerspannung haben und eben die entsprechende Ampere-Zahl von 30 A, richtig?

    Freundliche Grüße

    Markus
    Automatisch zusammengefügt:
    Hier das Bild

  • Ist nur als Anregung zu sehen, die Relais/Schütze fehlen in der Zeichnung.
    Automatisch zusammengefügt:

    Zitat von "ETSMarkus"


    Habe ich das so richtig verstanden? Die Relais müssten dann auch 24 V Steuerspannung haben und eben die entsprechende Ampere-Zahl von 30 A, richtig?

    Die Steuerspannung, also die der Relaisspule kann auch von den 24V abweichen, 12V, 5V egal. Die Schaltkontakte sollten schon einiges mehr als 30A schalten können, sonst leben diese nicht sehr lange. Zieht der Motor wirklich 30A? Was willst du denn damit hin und herdrehen?

    Einmal editiert, zuletzt von flyppo (22. August 2017 um 15:59)

  • Der Motor zieht nur 30A, wenn er "auf Block" läuft, also quasi still steht. Motor ist ein Bosch EFP (Bosch Bestellnummer: 0 986 337 410). Er hat einen Maximalstrom von 42A (den das Netzteil aber nicht liefern kann) und einen Nennstrom von 10A.

    Ich möchte damit ein selbstgebautes Patanosta-Regal laufen lassen, in dem ich meine Werkzeuge aufbewahre. Die 30 Sekunden hin und her dienen nur zum Testen.

    Freundliche Grüße

    Markus
    Automatisch zusammengefügt:

    Zitat von "flyppo" pid='296425' dateline='1503408533'


    Ist nur als Anregung zu sehen, die Relais/Schütze fehlen in der Zeichnung.
    Automatisch zusammengefügt:

    Die Steuerspannung, also die der Relaisspule kann auch von den 24V abweichen, 12V, 5V egal. Die Schaltkontakte sollten schon einiges mehr als 30A schalten können, sonst leben diese nicht sehr lange. Zieht der Motor wirklich 30A? Was willst du denn damit hin und herdrehen?

    Für 12 oder 5V als Steuerspannung des Relais müsste ich aber ein zusätzliches Netzteil haben. Mit 24V könnte ich das Netzteil nutzen, was ich sowieso für den Motor habe, richtig?

    Beste Grüße

    Markus

    Einmal editiert, zuletzt von ETSMarkus (22. August 2017 um 16:16)

  • Zitat von "ETSMarkus"


    Für 12 oder 5V als Steuerspannung des Relais müsste ich aber ein zusätzliches Netzteil haben. Mit 24V könnte ich das Netzteil nutzen, was ich sowieso für den Motor habe, richtig?

    Ja, aber auch nur wenn die Spule auch Gleichspannung benötigt.

  • Zitat von "ETSMarkus" pid='296421' dateline='1503404141'


    In dem Gartenpumpenthread habe ich zumindest herausgefunden, dass ich mit der "Kurzschlussprävention" einen Denkfehler hatte - Ein Kurzschluss kann bei der Schaltung so ja gar nicht entstehen.


    Doch, und zwar hinsichtlich des Induktionsstromes des als Generator (noch) laufenden Motors. Sprich, schaltest Du bei Drehbewegung um, dann speist der Motor seine kinetische Energie in die Stromquelle ein oder es kommt zum Kurzschluß des Induktionsstromes. Beides ist nicht ganz ohne.

  • Oh, verstehe. Dann macht die Lösung mit 4 Relais doch Sinn und ich bräuchte 2x die oben gezeigte Schaltung.

    Noch eine Frage:

    Die oben von mir gezeigte Schaltung funktioniert also soweit wie ich mir das vorstelle, richtig? Ist der ULN2803A eine genormte Bezeichnung oder ist die Schaltung je nach Hersteller unterschiedlich? Welchen müsste ich da bestellen? Das Bild weiter oben habe ich von einem Texas Instruments ULN2803ADW.

    Freundliche Grüße und danke im Voraus

    Markus

    Einmal editiert, zuletzt von ETSMarkus (23. August 2017 um 09:14)

  • Über den Typ des ULN2803A.. mußt Du Dir keine Gedanken machen. Allenfalls um die Anzahl parallel zu schaltender Ausgänge zur Erhöhung der Strombelastbarkeit sowie der Gesamtstrombelastbarkeit des Chips. Letzteres wird klar, wenn Du auf das Typenschild des/der Relais schaust. Verinnerlichst Du Dir dann nochmals Deine 4-Relaisschaltung, dann wirst Du erkennen, daß 2 Relais unter Last schalten, die beiden für den Richtungswechsel jedoch lastfrei schalten. D.h. die thermische Kontaktbelastung (Funkenbildung vor allem beim Öffnen) der (beiden) "Trennrelais" ist höher, als die lastfrei schaltenden "Richtungsrelais". Im Prinzip würde Dir zum Trennen auch ein Relais reichen, zwei benötigst Du nicht.
    Noch ein Punkt, den Du (theoretisch) berücksichtigen solltest. Relais haben i.d.R. einen Mindeststrom, den sie schalten sollten bzw. eine Mindestspannung. Das ist kein Schreibfehler! Es geht bei diesen Angaben um den Selbstreinigungseffekt der Kontakte. Schaltungen unter diesen Spannungen/Strömen führen ebenfalls zum Verschleiß (Korrosion). Allerdings zu einem erheblich niedrigerem, als wenn unter (DC-) Vollast ein induktiver der Stromkreis geöffnet wird. Mach' Dir darüber also erst mal keine allzugroßen Gedanken. Vergiß lieber nicht den Punkt der noch drehenden Motoren und warte eine gewisse Zeit, bis Sie stehen, bevor Du die Richtung wechselst (so etwas nennt man "break before make").

  • Zitat von "ETSMarkus" pid='296502' dateline='1503472321'

    Die oben von mir gezeigte Schaltung funktioniert also soweit wie ich mir das vorstelle, richtig?

    Das hängt vom Programm ab, und das kann nur der Programmierer beantworten.
    Wass passiert, wenn

    IN1,2 = OFF + IN3.4 = OFF
    IN1,2 = ON + IN3.4 = OFF
    IN1,2 = ON + IN3.4 = ON
    IN1,2 = OFF + IN3.4 = ON


    Servus !
    Automatisch zusammengefügt:

    Zitat von "ETSMarkus" pid='296502' dateline='1503472321'

    Die oben von mir gezeigte Schaltung funktioniert also soweit wie ich mir das vorstelle, richtig?

    Huuups-

    An COM darfst Du keine + 24 V anklemmen, das ist nur ein Signalausgang, der anzeigt, dass eine der Darlington-Stufen aktiv ist.

    Und die Freilaufdioden nahe den Relaisspulen fehlen auch.

    Servus !

    RTFM = Read The Factory Manual, oder so

    Einmal editiert, zuletzt von RTFM (23. August 2017 um 11:05)

  • Danke für dein konstruktives Feedback. Ich habe mir mal Fritzing besorgt und den Schaltplan gezeichnet. Jetzt sind die ULN2803 richtig angeschlossen oder? Ich hatte nicht gecheckt, dass die Relaisspulen direkt an 24V gehangen werden und der ULN nur für das Durchschalten des GND zuständig ist. Danke für den erhellenden Moment.

    Das Thema Freilaufdioden werde ich gleich mal googeln.

    Macht es Sinn, zwischen U1 und U2 die beiden Ports 4 mit einem Widerstand zu verbinden? So kann, sollte der Motor noch drehen wenn ich U1 und U2 abschalte, der Strom aufgenommen werden.

    Freundliche Grüße

    MArkus

  • Zitat von "RTFM" pid='296511' dateline='1503476667'


    An COM darfst Du keine + 24 V anklemmen, das ist nur ein Signalausgang, der anzeigt, dass eine der Darlington-Stufen aktiv ist.

    das hätte ich gerne erklärt, die Innenbeschaltung zeigt doch die integrierten Freilaufdioden also MUSS COM an die Relaisversorgung also +24V

    2_1%252819%2529.jpg

    die hier gezeigte Z-Diode beschleunigt nur das Abschalten

    Zitat von "RTFM" pid='296511' dateline='1503476667'


    Und die Freilaufdioden nahe den Relaisspulen fehlen auch.
    Servus !

    nur bei längeren Leitungen, sonst reichen die internen

    lasst die PIs & ESPs am Leben !
    Energiesparen:
    Das Gehirn kann in Standby gehen. Abschalten spart aber noch mehr Energie, was immer mehr nutzen. Dieter Nuhr
    (ich kann leider nicht schneller fahren, vor mir fährt ein GTi)

    Einmal editiert, zuletzt von jar (23. August 2017 um 12:04)

  • Zitat von "RTFM"


    An COM darfst Du keine + 24 V anklemmen, das ist nur ein Signalausgang, der anzeigt, dass eine der Darlington-Stufen aktiv ist.


    Wo hast du denn das her? Für induktive Lasten muss COM an +24V angelegt werden. Sieh dir mal die Innenschaltung an.

  • Hallo Markus !

    Jetzt schiesst Du aber mit Kanonen auf Spatzen.
    Wenn Du 2 Relais für die Drehrichtungsänderung verwendest, kannst Du damit den Motor auch ausschalten.
    Bei Deiner bisherigen ersten 2-Relais Schaltung wäre dies bei:
    IN1,2 = ON + IN3.4 = OFF und
    IN1,2 = OFF + IN3.4 = ON
    der Fall. D.h. es muss immer einer der GPIO Pins high und der andere low sein, damit der Motor steht.
    Fällt der Pi, oder sein Programm aus, fallen beide Relais ab, der Motor dreht ständig in eine Richtung. Das willst Du dadurch vermeiden, indem Du die Stromzufuhr mit einem weiteren Relais unterbindest (unnotwendigerweise sogar 2). Damit der Motor CW dreht, sind 2 Relais (Stromzufuhr) aktiv, bei CCW sogar 4 (Stromzufuhr und UM-Rel.) und der Ausgangszustand ist Motor ein, Stromzufuhr aus = alle Relais abgefallen.

    Wenn Du die Stromanschluss an einem Relais, z.B. Rel.2 verpolst, also statt + Masse und umgekehrt, hast Du einen definierten Zustand "Motor aus" wenn beide UM-Relais abgefallen sind. Wird ein Pin high und der andere bleibt low dreht der Motor CW bzw. CCW. Sind beide Pins high, steht der Motor (Potentialdifferenz = 0). Neben dem Aus-Zustand bei abgefallenen Relais hat das auch den Vorteil, dass im Auf-/Abbetrieb immer nur ein Relais eingeschaltet ist und Du mit 2 UM-Relais auskommst.

    Dabei gehe und ging ich davon aus, dass der Programmierer den Motor erst zum Stillstand bringt, bevor die Gegenrichtung startet und dass auch ein Endanschlagschalter oben wie unten sicherheitshalber vorgesehen wird.


    Servus !

    RTFM = Read The Factory Manual, oder so

  • Zitat von "ETSMarkus"


    Also doch so`? (Siehe Anhang)


    Die Schaltung enthält noch einen Fehler. Relais U2 ist überflüssig und schaltet ohnehin immer durch, entweder Kontakt nach oben oder nach unten. Was für Relais/Schütze nimmst du denn eigentlich? Habe ich, glaube ich, noch nicht gelesen. Jeder Ausgang des ULN kann 500mA schalten, aber alle zusammengerechnet nicht mehr als 2,5A!!!
    Ansonsten ja, COM an +24V, wie es im Datenblatt drin steht:

    Zitat

    The device consists of eight npn Darlington pairs that feature high-voltage High-Voltage Outputs: 50V outputs with common-cathode clamp diodes for Output Clamp Diodes switching inductive loads.

  • Danke für euer wahnsinnig schnelles Feedback!

    Ich habe die Schaltung nochmal modifiziert und ehemals U2 rausgeschmissen.

    Die Relais die ich verwende haben folgende Stromaufnahme: Maximaler Strom: 5V: 190mA; 12V: 80mA; 24V: 50mA - Der ULN sollte damit also sehr gut klar kommen (3x 50 mA)

    Ich würde, vor Drehrichtungsänderung, immer das Relais U1 abschalten. Dann mit U2 und U3 definieren, welche Drehrichtung verwendet wird.

    In meinem Schaltplan könnte ich die parallel geschalteten Ausgänge des ULN noch entfernen, bei 500 mA pro Ausgang ist das ja nun nicht nötig.

    Danke an alle für die Hilfe :)
    Automatisch zusammengefügt:
    So, jetzt haben wir's, oder? :)

  • Zitat von "jar" pid='296537' dateline='1503482627'

    das hätte ich gerne erklärt, die Innenbeschaltung zeigt doch die integrierten Freilaufdioden also MUSS COM an die Relaisversorgung also +24V

    Natürlich hast Du Recht. Meine Steckbrettspielerei mit den ULN.. ist schon einige Jahre her und da hatte ich COM für ein Status-Led (mit R gegen Ground) missbraucht.
    Und nach dem Schaltbild kann ich mich wieder daran erinnern. Die integrierten Freilaufdioden gehören ganz nahe an den Relaisspulen angeschlossen, sonst sind sie wirkungslos.


    Servus !

    RTFM = Read The Factory Manual, oder so

    Einmal editiert, zuletzt von RTFM (23. August 2017 um 15:27)

  • Zitat von "ETSMarkus"


    So, jetzt haben wir's, oder? :)

    Oder. So werden deine Relais nicht einen Mucks machen. Du gehst jeweils vom Ausgang des ULN auf einen Relaisspulenanschluss, aber die andere Seite deiner Relais liegen auf GND/Masse. Die Ausgänge des ULN geben aber keine Spannung raus, sondern schalten nach GND/Masse durch. Du musst die anderen Spulenanschlüsse an +24V legen!

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